JP2792247B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- exhaust
- particulates
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は機関の排気系にフィルタ
を設け、パティキュレートを捕集する排気浄化装置に関
し、特にフィルタ再生の際にマイクロ波加熱によってパ
ティキュレートを燃焼する排気浄化装置に関する。
を設け、パティキュレートを捕集する排気浄化装置に関
し、特にフィルタ再生の際にマイクロ波加熱によってパ
ティキュレートを燃焼する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、特にディーゼルエンジンの排
気ガス中には排気微粒子、即ちパティキュレートが含ま
れているため、機関の排気系にはこのパティキュレート
を捕集するためフィルタが装着されている。
気ガス中には排気微粒子、即ちパティキュレートが含ま
れているため、機関の排気系にはこのパティキュレート
を捕集するためフィルタが装着されている。
【０００３】このフィルタは一般に、通気性の良い、例
えばコーディエライトに代表されるような耐熱性のセラ
ミック材料より形成されており、排気上流側の端部が開
口した細長い排気入口通路と、排気下流側の端部が開口
した細長い排気出口通路を多数隣接配置する構造となっ
ており、フィルタ内を排気ガスが通過するにあたって
は、排気入口通路から排気出口通路へと通過し、この際
に排気入口通路側の隔壁面上にパティキュレートが捕集
されるようになっている。
えばコーディエライトに代表されるような耐熱性のセラ
ミック材料より形成されており、排気上流側の端部が開
口した細長い排気入口通路と、排気下流側の端部が開口
した細長い排気出口通路を多数隣接配置する構造となっ
ており、フィルタ内を排気ガスが通過するにあたって
は、排気入口通路から排気出口通路へと通過し、この際
に排気入口通路側の隔壁面上にパティキュレートが捕集
されるようになっている。
【０００４】ところで、このフィルタは使用に伴ってパ
ティキュレートの堆積量が増加すると、フィルタ自体の
通気性が損なわれ背圧が上昇することになるため、堆積
されたパティキュレートを一旦焼却して再生されなけれ
ばならない。そしてこのフィルタ再生法には、フィルタ
端部に電気ヒータを配して、パティキュレートを加熱・
着火したり、或はマイクロ波によってパティキュレート
やフィルタを加熱し、パティキュレートを燃焼させる方
法が既に知られている（タイトル：MicrowaveAssisted
Regeneration of Diesel Paticulate Traps; SAE890174
参照）。
ティキュレートの堆積量が増加すると、フィルタ自体の
通気性が損なわれ背圧が上昇することになるため、堆積
されたパティキュレートを一旦焼却して再生されなけれ
ばならない。そしてこのフィルタ再生法には、フィルタ
端部に電気ヒータを配して、パティキュレートを加熱・
着火したり、或はマイクロ波によってパティキュレート
やフィルタを加熱し、パティキュレートを燃焼させる方
法が既に知られている（タイトル：MicrowaveAssisted
Regeneration of Diesel Paticulate Traps; SAE890174
参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】フィルタの再生にあた
って、上述したようなマイクロ波加熱を行う場合、例え
ばマグネトロンによって供給されるマイクロ波エネルギ
は、パティキュレートのみならず、フィルタにも吸収さ
れることになる。そしてこのフィルタ自体の熱容量はか
なり大きいため、パティキュレートを着火温度まで上昇
するために必要なマイクロ波エネルギはかなりのものに
なり、フィルタ再生に要する電力消費量が増大し、場合
によってはバッテリから必要電力が供給されず再生不良
という問題も発生する。
って、上述したようなマイクロ波加熱を行う場合、例え
ばマグネトロンによって供給されるマイクロ波エネルギ
は、パティキュレートのみならず、フィルタにも吸収さ
れることになる。そしてこのフィルタ自体の熱容量はか
なり大きいため、パティキュレートを着火温度まで上昇
するために必要なマイクロ波エネルギはかなりのものに
なり、フィルタ再生に要する電力消費量が増大し、場合
によってはバッテリから必要電力が供給されず再生不良
という問題も発生する。
【０００６】本発明はこのような問題に鑑み、マイクロ
波加熱によるフィルタ再生において、出来るだけ少ない
電力でパティキュレートの着火が確保されるような排気
浄化装置を提供することを目的とする。
波加熱によるフィルタ再生において、出来るだけ少ない
電力でパティキュレートの着火が確保されるような排気
浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的のため本発明に
よれば、内燃機関の排気系に、排気ガス中のパティキュ
レートを捕集するフィルタを設け、捕集されたパティキ
ュレートを定期的にマイクロ波加熱によって燃焼する内
燃機関の排気浄化装置において、上記フィルタを形成す
る材料よりも誘電率が大きな材料を、フィルタのパティ
キュレート捕集面上に被覆したことを特徴とする排気浄
化装置が提供される。
よれば、内燃機関の排気系に、排気ガス中のパティキュ
レートを捕集するフィルタを設け、捕集されたパティキ
ュレートを定期的にマイクロ波加熱によって燃焼する内
燃機関の排気浄化装置において、上記フィルタを形成す
る材料よりも誘電率が大きな材料を、フィルタのパティ
キュレート捕集面上に被覆したことを特徴とする排気浄
化装置が提供される。
【０００８】
【作用】被覆される材料はフィルタを構成する材料に比
べて誘電率が大きいため、フィルタ本体と比較してこの
材料を被覆したパティキュレート捕集面にマイクロ波が
多く吸収される。この結果、捕集面の温度が上昇し、容
易にパティキュレート着火が達成される。
べて誘電率が大きいため、フィルタ本体と比較してこの
材料を被覆したパティキュレート捕集面にマイクロ波が
多く吸収される。この結果、捕集面の温度が上昇し、容
易にパティキュレート着火が達成される。
【０００９】
【実施例】図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明による排気浄化装置の構成を示す全体
図であり、図２は図１中、矢印IIで示すフィルタ前後端
部の部分的拡大図である。
る。図１は本発明による排気浄化装置の構成を示す全体
図であり、図２は図１中、矢印IIで示すフィルタ前後端
部の部分的拡大図である。
【００１０】図１に関し、１はパティキュレートを捕集
するフィルタ、２はパティキュレート捕集時、図示しな
いエンジン本体からの排気ガスをフィルタ１に導く排気
管、また３はフィルタ１再生時、排気ガスをフィルタ１
より迂回させるバイパス管である。
するフィルタ、２はパティキュレート捕集時、図示しな
いエンジン本体からの排気ガスをフィルタ１に導く排気
管、また３はフィルタ１再生時、排気ガスをフィルタ１
より迂回させるバイパス管である。
【００１１】排気管２及びバイパス管３の夫々の内部に
は、上述したようなパティキュレート捕集時とフィルタ
再生時の排気ガス流れを達成する第１排気制御弁４及び
第２排気制御弁５が設けられており、例えばパティキュ
レート捕集時には図に示したような弁位置を占め、フィ
ルタ再生時には弁周り点線で示したような位置を占める
ように制御回路 (ECU)６によって作動制御される。
は、上述したようなパティキュレート捕集時とフィルタ
再生時の排気ガス流れを達成する第１排気制御弁４及び
第２排気制御弁５が設けられており、例えばパティキュ
レート捕集時には図に示したような弁位置を占め、フィ
ルタ再生時には弁周り点線で示したような位置を占める
ように制御回路 (ECU)６によって作動制御される。
【００１２】排気管２内部に配置される第１排気制御弁
４とフィルタ１との間には、フィルタ再生時、パティキ
ュレート燃焼のための再生用ガス（例えば２次空気）を
フィルタ１の排気上流側（以下、上流側と呼ぶ）に供給
するエアポンプ７が設けられており、バッテリ８の電源
によって駆動されるようになっている。尚、図中９はエ
アポンプ７が作動しない時、閉弁して排気ガスのエアポ
ンプ７流入を防止するバルブである。
４とフィルタ１との間には、フィルタ再生時、パティキ
ュレート燃焼のための再生用ガス（例えば２次空気）を
フィルタ１の排気上流側（以下、上流側と呼ぶ）に供給
するエアポンプ７が設けられており、バッテリ８の電源
によって駆動されるようになっている。尚、図中９はエ
アポンプ７が作動しない時、閉弁して排気ガスのエアポ
ンプ７流入を防止するバルブである。
【００１３】本実施例による排気浄化装置は上述した構
成に加えて、フィルタ再生時、マイクロ波を発生するマ
グネトロン10が設けられる。図示するように、このマグ
ネトロン10からのマイクロ波は、排気管２を貫通して排
気管中央で放射状に開口する導波管11を通ってフィルタ
上流側の排気通路に導入されるようになっており、これ
もエアポンプ７同様、バッテリ８から電力供給される。
成に加えて、フィルタ再生時、マイクロ波を発生するマ
グネトロン10が設けられる。図示するように、このマグ
ネトロン10からのマイクロ波は、排気管２を貫通して排
気管中央で放射状に開口する導波管11を通ってフィルタ
上流側の排気通路に導入されるようになっており、これ
もエアポンプ７同様、バッテリ８から電力供給される。
【００１４】フィルタ１は例えばコーディエライト（2M
gO・2Al2O3 ・5SiO2)に代表される、耐熱性かつ多孔質の
セラミック材によって形成されたフィルタ本体14を具備
する。フィルタ本体14は隔壁を構成し、フィルタ１はこ
の隔壁14により図１に概略的に示したように、主とし
て、排気上流側の端部が開口する多数の排気入口通路12
と、この通路12に隣接し排気下流側の端部が開口する多
数の排気出口通路13とを画成するように仕切られてい
る。尚、15は例えばセラミック材によって形成され得る
夫々の通路の他端部を閉じる栓部材である。
gO・2Al2O3 ・5SiO2)に代表される、耐熱性かつ多孔質の
セラミック材によって形成されたフィルタ本体14を具備
する。フィルタ本体14は隔壁を構成し、フィルタ１はこ
の隔壁14により図１に概略的に示したように、主とし
て、排気上流側の端部が開口する多数の排気入口通路12
と、この通路12に隣接し排気下流側の端部が開口する多
数の排気出口通路13とを画成するように仕切られてい
る。尚、15は例えばセラミック材によって形成され得る
夫々の通路の他端部を閉じる栓部材である。
【００１５】フィルタ１によってパティキュレートが捕
集されている状態において、排気ガスは上記排気入口通
路12の開口端部より通路内に流入し、多孔質の隔壁14を
通って排気出口通路13に流入し、その開口端部より流出
するが、排気ガス中のパティキュレートは、この隔壁14
を通過する際に排気入口通路12の内壁面に付着すること
でフィルタ１に捕集されるようになっている。
集されている状態において、排気ガスは上記排気入口通
路12の開口端部より通路内に流入し、多孔質の隔壁14を
通って排気出口通路13に流入し、その開口端部より流出
するが、排気ガス中のパティキュレートは、この隔壁14
を通過する際に排気入口通路12の内壁面に付着すること
でフィルタ１に捕集されるようになっている。
【００１６】図２は、例えばコーディエライトから成る
隔壁14によって仕切られた排気入口通路12内部の部分的
拡大図である。本実施例によれば、この排気入口通路13
の内壁面、即ちパティキュレート捕集面14ａには、上述
したフィルタ形成材料よりも誘電率が大きい、例えば炭
化ケイ素（SiC)などのセラミック材料16がコーティング
（被覆）される。そしてこの炭化ケイ素のコーティング
に関しては、パティキュレート捕集面14ａのみの限定さ
れたコーティングのため、炭化ケイ素の粒径が、コーテ
ィングされるフィルタ隔壁14の平均細孔径（一般のコー
ディエライトハニカムフィルタの場合：20〜30μｍ）よ
りも大きくなるようにして（例えば粒径40μｍ以上の炭
化ケイ素）、フィルタ１内部に炭化ケイ素が入り込まな
いようにすることが好ましい。
隔壁14によって仕切られた排気入口通路12内部の部分的
拡大図である。本実施例によれば、この排気入口通路13
の内壁面、即ちパティキュレート捕集面14ａには、上述
したフィルタ形成材料よりも誘電率が大きい、例えば炭
化ケイ素（SiC)などのセラミック材料16がコーティング
（被覆）される。そしてこの炭化ケイ素のコーティング
に関しては、パティキュレート捕集面14ａのみの限定さ
れたコーティングのため、炭化ケイ素の粒径が、コーテ
ィングされるフィルタ隔壁14の平均細孔径（一般のコー
ディエライトハニカムフィルタの場合：20〜30μｍ）よ
りも大きくなるようにして（例えば粒径40μｍ以上の炭
化ケイ素）、フィルタ１内部に炭化ケイ素が入り込まな
いようにすることが好ましい。
【００１７】以上のようにコーティングされたフィルタ
１を備える排気浄化装置のフィルタ再生時の作動及びコ
ーティング材料の作用を図１を参照して説明する。
１を備える排気浄化装置のフィルタ再生時の作動及びコ
ーティング材料の作用を図１を参照して説明する。
【００１８】例えば、フィルタ背圧や走行距離を検出す
ることにより、フィルタ１に捕集されるパティキュレー
トの量が所定以上となったと判断された時、制御回路６
は、第１排気制御弁４が閉じ、第２排気制御弁５が開く
ように夫々のアクチュエータ（図示せず）に駆動信号を
出力して、エンジンからの排気ガスがバイパス管３に導
かれるようにする。次に制御回路６はマグネトロン10に
通電してマイクロ波を発生させ、これを導波管11を通じ
てフィルタ１の排気上流側の端面近傍へと導くようにす
る。またこのマグネトロン駆動と時を同じくして、或は
若干の時間差を以て、エアポンプ７を駆動し、フィルタ
１にパティキュレート燃焼のために必要な酸素を供給す
るようにする。
ることにより、フィルタ１に捕集されるパティキュレー
トの量が所定以上となったと判断された時、制御回路６
は、第１排気制御弁４が閉じ、第２排気制御弁５が開く
ように夫々のアクチュエータ（図示せず）に駆動信号を
出力して、エンジンからの排気ガスがバイパス管３に導
かれるようにする。次に制御回路６はマグネトロン10に
通電してマイクロ波を発生させ、これを導波管11を通じ
てフィルタ１の排気上流側の端面近傍へと導くようにす
る。またこのマグネトロン駆動と時を同じくして、或は
若干の時間差を以て、エアポンプ７を駆動し、フィルタ
１にパティキュレート燃焼のために必要な酸素を供給す
るようにする。
【００１９】この結果、フィルタ１に供給されたマイク
ロ波は、フィルタ１を形成するセラミック材料よりもむ
しろ、比誘電率の大きなセラミック材料16の方に選択的
に吸収され（コーディエライトの比誘電率５に対し、炭
化ケイ素の比誘電率は20）、そのマイクロ波エネルギは
熱エネルギに変換される。尚、参考としてマイクロ波の
吸収エネルギＰの演算式を以下に示す。
ロ波は、フィルタ１を形成するセラミック材料よりもむ
しろ、比誘電率の大きなセラミック材料16の方に選択的
に吸収され（コーディエライトの比誘電率５に対し、炭
化ケイ素の比誘電率は20）、そのマイクロ波エネルギは
熱エネルギに変換される。尚、参考としてマイクロ波の
吸収エネルギＰの演算式を以下に示す。
【数１】
【００２０】そしてこのフィルタ材料より優先的な、セ
ラミック材料16のマイクロ波エネルギ吸収によって、セ
ラミック材料コーティング部分、即ちフィルタ１のパテ
ィキュレート捕集面14ａの温度が、フィルタ１の他の部
分に比べてより高い温度に上昇することになり、コーテ
ィングを施さない従来のフィルタに比べ、より少ないマ
イクロ波のエネルギを以てパティキュレートに着火する
ことが可能となる。そして以上のようにして発生したパ
ティキュレートの火炎は、エアポンプ７から供給された
２次空気の流れに乗ってフィルタ１の排気下流側へと伝
播しパティキュレートが焼却されるのである。
ラミック材料16のマイクロ波エネルギ吸収によって、セ
ラミック材料コーティング部分、即ちフィルタ１のパテ
ィキュレート捕集面14ａの温度が、フィルタ１の他の部
分に比べてより高い温度に上昇することになり、コーテ
ィングを施さない従来のフィルタに比べ、より少ないマ
イクロ波のエネルギを以てパティキュレートに着火する
ことが可能となる。そして以上のようにして発生したパ
ティキュレートの火炎は、エアポンプ７から供給された
２次空気の流れに乗ってフィルタ１の排気下流側へと伝
播しパティキュレートが焼却されるのである。
【００２１】尚、上述した実施例のようにコーティング
材料として、炭化ケイ素のような熱伝導率の高いセラミ
ック材料を用いた場合（約 200×10-3calcm -1s
-1℃-1）、パティキュレートの燃焼熱が分散し易く、フ
ィルタにおいて局部的に温度が過上昇する傾向がなくな
りフィルタ溶損が防止される効果がある。加えて炭化ケ
イ素は耐熱性にも優れた材料であるため、フィルタ隔壁
表面の熱劣化を防止する効果も有する。又、図示したよ
うにマイクロ波の導波管11をフィルタ上流の排気管中央
でラッパ状に開口させた場合、パティキュレート捕集時
において排気ガスがこの導波管11によって偏向・拡散さ
れ、フィルタ内部においてパティキュレートがより均等
に捕集される効果も有する。
材料として、炭化ケイ素のような熱伝導率の高いセラミ
ック材料を用いた場合（約 200×10-3calcm -1s
-1℃-1）、パティキュレートの燃焼熱が分散し易く、フ
ィルタにおいて局部的に温度が過上昇する傾向がなくな
りフィルタ溶損が防止される効果がある。加えて炭化ケ
イ素は耐熱性にも優れた材料であるため、フィルタ隔壁
表面の熱劣化を防止する効果も有する。又、図示したよ
うにマイクロ波の導波管11をフィルタ上流の排気管中央
でラッパ状に開口させた場合、パティキュレート捕集時
において排気ガスがこの導波管11によって偏向・拡散さ
れ、フィルタ内部においてパティキュレートがより均等
に捕集される効果も有する。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタのパティキュレート捕集面にコーティングされる
材料はフィルタを構成する材料に比べて誘電率が大きい
ため、この部分にマイクロ波が多く吸収され、コーティ
ングしていないフィルタの他の部分に比べて温度が上昇
することになり、従って従来よりも少ないマイクロ波エ
ネルギでパティキュレート着火が達成されることができ
る。
ィルタのパティキュレート捕集面にコーティングされる
材料はフィルタを構成する材料に比べて誘電率が大きい
ため、この部分にマイクロ波が多く吸収され、コーティ
ングしていないフィルタの他の部分に比べて温度が上昇
することになり、従って従来よりも少ないマイクロ波エ
ネルギでパティキュレート着火が達成されることができ
る。
【図１】本発明による排気浄化装置の概略的構成を示す
図である。
図である。
【図２】図１に示すフィルタの部分的拡大断面である。
１…フィルタ 14ａ…パティキュレート捕集面 16…セラミック材料
Claims (1)
- 【請求項１】 内燃機関の排気系にフィルタを設け、該
フィルタのフィルタ本体内を排気ガスが流通するときに
該排気ガス中のパティキュレートを該フィルタのフィル
タ本体により捕集し、捕集されたパティキュレートを定
期的にマイクロ波加熱によって燃焼する内燃機関の排気
浄化装置において、前記フィルタ本体の排気ガス流入側表面を前記 フィルタ
本体を形成する材料の誘電率よりも誘電率が大きな材料
からなるコーティング層によって覆ったことを特徴とす
る排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040158A JP2792247B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040158A JP2792247B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04279715A JPH04279715A (ja) | 1992-10-05 |
| JP2792247B2 true JP2792247B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=12572958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3040158A Expired - Fee Related JP2792247B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2792247B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2827554B2 (ja) * | 1991-03-29 | 1998-11-25 | 松下電器産業株式会社 | 内燃機関用フィルタ再生装置 |
| US6379407B1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-04-30 | Cummins Inc. | Filter element with discrete heat generators and method of manufacture |
| EP1304456A1 (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-23 | Universiteit van Amsterdam | Regenerative soot filter device and method for regenerating a soot filter |
| JP2012154247A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Denso Corp | 排気処理装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60137413A (ja) * | 1983-12-23 | 1985-07-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 排ガス処理装置 |
-
1991
- 1991-03-06 JP JP3040158A patent/JP2792247B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04279715A (ja) | 1992-10-05 |
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